Practica de fisica. Determinación del calor específico de un metal

DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL

Grupo G.T.4

Contenido

1. Introducción 2

2. Desarrollo de la práctica 2

2.1. Cálculo de equivalente en agua de calorímetro Mc 2

2.2. Determinación del calor específico 5

3. Conclusión 7

1. Introducción

Antes de llevar a cabo la práctica, se plantearon dos objetivos principales: por un lado, aprender a calcular el calor específico de distintos metales utilizando el método de las mezclas, y por otro, comprobar si los valores obtenidos coincidían con lo que establece la ley de Dulong-Petit, la cual predice una capacidad calorífica molar casi constante en la mayoría de los sólidos metálicos.

Para ello, se empleó un calorímetro de 500 ml en el que se introdujeron piezas de aluminio, hierro y latón previamente calentadas. Estas se mezclaron con agua, cuyo calor específico es conocido y sirve como referencia. A lo largo del proceso, se midieron tanto las temperaturas iniciales y finales como las masas de los materiales utilizando un termómetro y una báscula.

El fundamento del método se basa en que, al mezclar dos cuerpos a diferentes temperaturas en un sistema aislado, el calor que pierde el cuerpo más caliente es igual al que gana el más frío, incluyendo el propio calorímetro. Con esos datos fue posible calcular el calor específico de cada metal y compararlo con el valor teórico propuesto por la ley, lo que permitió evaluar si el experimento había sido preciso.

2. Desarrollo de la práctica

2.1. Cálculo de equivalente en agua de calorímetro Mc

Antes de comenzar con las mediciones principales, fue necesario determinar experimentalmente el efecto del calorímetro, representado por Mc, ya que calcularlo teóricamente resulta complejo.

Para ello, se introdujo una masa M1 de agua fría en el calorímetro, que inicialmente se encontraba a una temperatura T1. A continuación, se añadió una masa M2 de agua caliente, con una temperatura T2, y se dejó que ambas se mezclaran hasta alcanzar una temperatura de equilibrio, Te. En este punto, el calor específico del agua fría, la del agua caliente y el calor específico del agua son iguales, dando como resultado la ec. 1.

Ecuación 1. Ecuación que describe la conservación de energía térmica en el sistema.

Entonces, tras haber hecho lo previamente mencionado, se recopilaron los datos obtenidos en una tabla (Tabla 1). Se hizo tres veces para poder contrastar los resultados y minimizar la posibilidad de que hubiesen errores.

Masa del calorímetro sin agua = 402,91g

M1 ± 0,01(g) T1 ± 0,1 (℃) M2 ± 0,01(g) T2 ± 0,1 (℃) TE ± 0,1(℃) Mc (g)

174,85 22,1 199,01 61,5 41,1 38,8 ± 2,7

189,54 22,9 184,38 62,7 40,9 33,8 ± 2,8

195,83 22,6 193,89 62,4 41,5 18,6 ± 2,6

Tabla 1. Tabla con la recopilación de los datos para el cálculo del equivalente en agua del calorímetro.

En la Tabla 1 se recogen los datos experimentales descritos anteriormente. La masa de agua fría, M1, se determina restando al valor total del conjunto (agua fría + calorímetro) la masa del calorímetro vacío (Ec. 2).

Ec 2. Fórmula obtención masa agua fría.

Por otro lado, T1 es la temperatura inicial a la que estaba el agua fría.

M₂ representa la masa de agua caliente añadida al calorímetro. Para determinarla, se resta del total medido tras la mezcla (agua fría + agua caliente + calorímetro) la masa correspondiente al conjunto formado únicamente por el agua fría y el calorímetro (Ec. 3).

Ec 3. Fórmula obtención masa agua caliente.

T2 es la tempera a la que se encuentra el agua caliente que se ha añadido.

TE en cambio es la temperatura de equilibrio, esto es, la temperatura a la que está la mezcla del agua frío y caliente.

Y Finalmente, Mc es el equivalente en agua del calorímetro, que se calcula con la fórmula que se aprecia en la Ec. 4.

A continuación, en la Fig. 1 aparece el primer cálculo de Mc de la Tabla 1 para que así sea más entendible.

Ecuación 4. Fórmula para la obtención del equivalente en agua del calorímetro.

Figura 1. Ejemplo del primer cálculo de M c de la Tabla 1.

Además de obtener Mc, es necesario obtener el error de cada medición.

Para ello se aplicó el método cuadrático, cuya fórmula se puede observar en la Ec. 5. A continuación se expone un ejemplo para demostrar la manera en la que se usa (Fig. 2).

Ecuación 5. Fórmula del método cuadrático para la obtención del error

Figura 2. Cálculo a mano de cada error de Mc mediante

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